불안한 수소 가스, 누출 즉시 감지하는 초고감도 센서 개발

-DGIST 김정민 박사팀, 팔라듐 나노갭을 이용한 수소센서 개발
-수소에너지 활용에 필수인 가스 누출 사고 예방을 위한 저농도 수소 고분해 검지기술 재조명해

팔라듐 나노갭 수소센서 메커니즘.

[아시아경제 김봉수 기자] 차세대 에너지원으로 주목받고 있는 수소 가스는 폭발성이 강하다는 점 때문에 충전소 입지 선정이 어렵다. 그런데 국내 연구진이 수소 가스가 누출되는 순간 곧바로 감지할 수 있고 농도 분석도 가능한 검출 센서 기술을 개발해 관심을 끌고 있다.

대구경북과학기술원(DGIST)은 김정민 나노융합연구부 박사팀과 이우영 연세대 교수팀이 팔라듐 금속의 나노갭 기반 저농도 수소 고분해 감지 기술을 개발했다고 4일 밝혔다. 이 수소 가스 감지 기술은 기존 팔라듐 금속 기반 수소 센서와 달리 수소에 노출되는 순간 바로 검지가 이루어질 뿐만 아니라 누출된 수소가스의 농도의 정량 분석도 가능하다.

최근 수소에너지에 대한 관심이 증가하며 고인화성·폭발성 성질을 갖는 수소가스에 대한 불안감도 높아가고 있다. 이에 따라 유출되는 수소가스를 빠르게 감지할 수 있는 센서 개발도 더불어 많은 관심을 받고 있다.

그러나 기존 센서는 전도성의 미세한 변화를 통해 수소의 누출을 감지하므로 정확한 수소 누출 농도 측정에는 한계가 있어왔다. 수소 가스를 감지하는 팔라듐 금속 기반의 센서는 산화팔라듐 입자가 수소와 만나 팔라듐 입자로 환원되며 일어나는 전도성 차이를 통해 수소 누출을 감지하기 때문이다.

연구팀은 팔라듐 금속의 나노갭 기반 저농도 수소 고분해 검지 기술을 개발했다. 누출된 수소 가스에 의한 팔라듐 금속의 팽창으로 나노갭을 매우고, 이로 인해 전기가 흐르며 누출을 탐지하는 원리로 작동한다. 특히, 누출되는 수소가스의 농도에 비례해 흐르는 전류가 더 많아지는 특성을 활용해 누출되는 수소가스의 정량적인 분석을 할 수 있다.

제작 단가가 높던 기존 센서와 달리, 단가가 낮고 유연한 플레서블 기판(PDMS)에 팔라듐 금속을 입히는 방식이어서 좀 더 쉬운 공정으로 훨씬 싼 가격에 만들 수 있다.

이번 연구 결과는 신소재 과학 분야 국제학술지인 ‘어드밴스드 머터리얼스(Advanced Materials)’에 지난해 11월 22일 온라인 게재 및 추가 표지(Frontispiece) 논문으로 채택됐다.

김봉수 기자 bskim@asiae.co.kr